热修复之类加载方案 笔记整理

热修复分为：代码修复、资源修复、动态链接修复

其中，代码修复又分为：类加载方案、底层替换方案、Instant Run 方案。

本篇关于代码修复的类加载方案的笔记整理。

涉及源码版本为 Android 7.1.1。

参考文章：
1、Android热更新实现原理浅析
2、《Android 进阶解密》

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1、理论基础

类加载方案是基于 Dex 分包方案的。

Dex 分包方案主要做的是在打包的时候将应用代码分成多个 Dex，将应用启动时必须用到的类和这些类的直接引用类放到主 Dex 中，其他代码放到次 Dex 中。当应用启动时先加载主 Dex，等到应用启动后再动态加载次 Dex。

而关于类的加载，就是遍历所有的 Dex 文件，从中去加载目标类。这里就涉及到了一个类 DexPathList。

更进一步的，是具体的是，则是涉及到类加载器。

对于类的加载，是通过 ClassLoader 来进行的，基于双亲委托模式，会先通过具体的加载器的父加载器来加载类，如果父加载器没加载到，则会调用自身的 findClass() 方法来自行加载。

涉及到的加载器包括 DexClassLoader 和 PathClassLoader。

1. DexClassLoader 可以加载 dex 文件以及包含 dex 的压缩文件（apk 和 jar 文件），而且可以加载指定路径中的 dex 文件，包括外部存储空间的。
2. PathClassLoader 则是 Android 系统用来加载系统类和应用程序的类。通常用来加载已经安装的 apk 的 dex 文件（安装的 apk 的 dex 文件会存在 /data/dalvik-cache 中）。

上述两个 ClassLoader 都继承自 BaseDexClassLoader。

public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
                          String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
    super(parent);
    // 实例化成员变量 pathList
    this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, librarySearchPath, optimizedDirectory);
}

@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
    Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
    if (c == null) {
        ... // 如果没有加载到目标  Class 则会抛出异常
    }
    return c;
}

可以看到，通过 BaseDexClassLoader#findClass() 会进一步调用前面说到的 DexPathList 类型的 pathList.findClass()。

public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
    for (Element element : dexElements) {
        DexFile dex = element.dexFile;
        if (dex != null) {
            Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);
            if (clazz != null) {
                return clazz;
            }
        }
    }
    if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
        suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
    }
    return null;
}

在 DexPathList#findClass() 中，会遍历 dexElements 数组，该数组的元素的为 DexPathList.Element 类型，而其内部又封装了 DexFile 成员变量，该变量就对应着实际的 dex 文件，更进一步的说，加载 Class 实际上是通过 DexFile 来实现的。

因此，类加载方案的实现，就是将补丁 dex 对应的 Element 插入到应用对应的加载器的 pathList 的 dexElements 数组的靠前位置，从而使得后面同名的 Class 不被加载。

2、具体实现

参考 Demo：HotFixDemo

补充两点：

（1）是关于 CLASS_ISPREVERIFIED 的问题（涉及到 Dalvik 虚拟机），具体参见：Android 冷启动热修复技术杂谈，因此在测试的时候要使用基于 ART 虚拟机的机型，即 Android 5.0 及以上版本。

（2）由于 Android 9.0 隐藏了部分 API，所以无法实现反射替换对应的 dexElements 数组，因此在测试的要使用 9.0 以下的手机。

关键部分代码：

public void doHotFix(Context context) throws IllegalAccessException, NoSuchFieldException, ClassNotFoundException {
    if (context == null) {
        return;
    }
    // 补丁存放目录为 /storage/emulated/0/Android/data/com.lxbnjupt.hotfixdemo/files/patch
    // 注意，这里的 dexFile 是一个目录
    File dexFile = context.getExternalFilesDir(DEX_DIR);
    if (dexFile == null || !dexFile.exists()) {
        Log.e(TAG,"热更新补丁目录不存在");
        return;
    }
    // 得到 new DexClassLoader 时需要的存储路径
    File odexFile = context.getDir(OPTIMIZE_DEX_DIR, Context.MODE_PRIVATE);
    if (!odexFile.exists()) {
        odexFile.mkdir();
    }
    // 获取 /storage/emulated/0/Android/data/com.lxbnjupt.hotfixdemo/files/patch 
    // 目录下的所有文件，用于找出里面的补丁 dex
    File[] listFiles = dexFile.listFiles();
    if (listFiles == null || listFiles.length == 0) {
        return;
    }
    
    // 获取补丁 dex 文件路径集合
    String dexPath = getPatchDexPath(listFiles);
    String odexPath = odexFile.getAbsolutePath();
    // 获取应用对应的 PathClassLoader
    PathClassLoader pathClassLoader = (PathClassLoader) context.getClassLoader();
    
    // 构建 DexClassLoader，用于加载补丁 dex
    // DexClassLoader 构造方法的四个参数：
    //      第一个：dex 文件相关路径集合，多个路径用文件分隔符分隔，默认文件分隔符为 :
    //      第二个：解压的 dex 文件的存储路径，必须是一个内部存储路径
    //      第三个：包含 C/C++ 库的路径集合，可以为 null
    //      第四个：父加载器
    DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(dexPath, odexPath, null, pathClassLoader);
    // 这里要新 new 一个 DexClassLoader 的原因就是为了借助系统来构建出补丁 dex 对应
    // 的 Element 元素的数组，从而插入到应用的 PathClassLoader 的 
    // pathList.dexElements 中
    
    // 通过反射获取 PathClassLoader 的 Element 数组
    Object pathElements = getDexElements(pathClassLoader);
    // 获取构建的 DexClassLoader 的 Element 数组
    Object dexElements = getDexElements(dexClassLoader);
    // 合并 Element 数组
    Object combineElementArray = combineElementArray(pathElements, dexElements);
    // 通过反射，将合并后的 Element 数组赋值给 PathClassLoader 中 pathList 里面的
    // dexElements 变量
    setDexElements(pathClassLoader, combineElementArray);
}

注意，由于类加载之后是无法被卸载的，因此类加载方法需要重启 App 后让 ClassLoader 重新加载新的类。

而且重启应用之后，如果没有触发加载补丁类，则应用还是会加载原来的 BUG 类。